对难加工材料钛合金进行冷风油雾切削实验,将实验结果与常温干车、常温喷雾和大量油剂喷淋的冷却方式进行对比研究。通过实验结果分析,在采用相同切削参数及刀具加工时,低温喷雾冷却的刀具使用寿命最长,常温干车的刀具使用寿命最短。同时,采用低温喷雾冷却方法,加工表面粗糙度值也有所下降。

 金属切削过程的三维有限元分析

1993 年,Maekawa 和Maed 首先建立了金属切削三维模型,他们考虑了工件材料的弹塑性、温度和应变率对应力的影响、刀屑间的摩擦和刀具的磨损等方面,分析了主切削刃和副切削刃对工件作用的异同. Sasahara 等人,在考虑了工件材料的几何非线性条件下,建立了金属切削的三维有限元模型,研究了切屑和工件中应力和应变的变化情况并且加工前预测了切屑的流出方向. Ueda 和Man2abe 等人应用刚塑性有限元法建立了三维切削模型,在切削速度极低和不考虑切削热、应变率对流动应力影响的情况下,模拟了中碳钢切屑的形成过程.

1998 年,台湾科技大学的Zone - Ching Lin 等人应用有限元大变形理论和更新的拉格朗日公式来描述斜角切削过程. 他们以刀具几何位置条件和单元的应变能密度的结合来描述切屑的分离过程.建立了沿不同方向热传导不同的大变形热- 弹-塑性斜角切削三维模型. 工件材料采用的是中碳钢(Mild steel) ,为了更加真实地反映材料的变形过程,而将其流动应力看成是应变、应变率和温度的函数. 通过仿真分析了切屑的形成过程、温度对应变能密度的影响、切屑流动角、切削力和切削能量等问题,同时也研究了各种因素对已加工表面的完整性(残余应力、应变及温度场分布) 的影响.

2002年,P. J .Arrazola ,F.Meslin , C. R.Liu ,Y. B. Guo 等人也对三维金属切削过程的模拟进行了深入研究,分别建立了金属切削仿真的二维和三维切削模型. 他们采用了网格自适应重划算法(adaptive remeshingalgorithm) 来解决刀- 屑接触区局部单元所产生的大变形问题,分析了切削过程中的工件和刀具中的温度场、Von Mises 应力分布等,成功地模拟了切屑的形成过程. 因为网格自适应重划算法需要事先假设切屑的初始形状,这样可以避免计算过程中产生的不收敛问题,但对仿真的结果的准确性会产生一定的影响.

钛合金分析

钛合金以其优异的综合机械性能已成为航空工业中应用较为广泛的材料之一-源^自,优尔<文.论(文]网>www.youerw.com ,而钛合金为难加工材料 ,其较低的热导率以及高的化学活性极大地降低了钛合金的切削加工性.为此 ,在早期钛合金材料的切削加工中 ,普遍使用高压、大流量切削液 ,以降低切削区的温升和抑制高温下的化学活性 ,从而提高加工效率 ,延长刀具寿命.随着人们环保意识的增强 ,在限制使用传统切削液而干式切削效果又不尽理想的情况下 ,相继产生了强力风冷切削、低温冷风切削、液氮冷冻切削、MQL (Minimal Quantity Lubri2cation)切削等辅助切削技术.其重要的特点之一 ,就是利用切削介质的强化冷却 (强化换热 )及润滑效果以控制切削区的温升 ,从而有效地抑制钛合金的高温化学活性.但是 ,切削介质对于金属切削过程的影响是多方面因素的综合结果 ,通过实验手段单纯分析强化冷却的效果较为困难.因此 ,采用数值分析模拟技术如有限元模拟则是一种有效的尝试。

高速切削钛合金等难加工材料时 ,很容易产生锯齿状切屑 ,而锯齿状切屑可导致切削力高频率地周期变化波动 ,而且会增加刀具磨损速度 ,降低加工精度和表面质量 . 因此 ,许多研究者选择从锯齿状切屑的形成机理入手 ,研究其与工件材料、切削条件等之间的关系. 如 Komanduri 的锯齿状切屑突变剪切失稳理论 , Shaw 的周期性断裂理论等。